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• Nelly Johanna Soto Castañeda

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NUEVOS  DESARROLLOS  DE  MEMBRANAS     DE  NANOFILTRACIÓN  DE  FIBRA  HUECA   NEW  DEVELOPMENTS  IN  HOLLOW  FIBER  NANOFILTRATION  

Frans Knops Frederik Spenkelink Sergi Lluch Alejandro Román Manuel Rubio

Pentair X-Flow

IX  congreso   internacional  

Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

CONTENIDO  

1.  Introducción.  Nueva  familia  de  membranas  de  fibra  hueca   2.  Membrana  HFC.  Eliminación  de  Color   3.  Ensayos  con  planta  piloto  en  Longwood  (Yorkshire,  Reino  Unido)   4.  Conclusiones    

IX  congreso   internacional  

Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

CONTENIDO  

1.  Introducción.  Nueva  familia  de  membranas  de  fibra  hueca   2.  Membrana  HFC.  Eliminación  de  Color   3.  Ensayos  con  planta  piloto  en  Longwood  (Yorkshire,  Reino  Unido)   4.  Conclusiones    

IX  congreso   internacional  

Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

CAMPO  DE  APLICACIÓN  DE  MEMBRANAS  DE  FIBRA  HUECA  

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MEMBRANAS  DE  FIBRA  HUECA  DE  MF/UF  

POTABILIZACIÓN  

•  Primeras  experiencias  a  finales  de  la  década  de  los  80   •  Rápida  expansión  desde  mediados  de  los  años  90:   –  Cryptosporidium/Giardia   –  Virus   •  Implantación  a  gran  escala.  Ej.  Minneapolis  (EEUU):  265.000  m3/d  (2004)   •  •  •  • 

MF/UF  como  pretratamiento  de  ósmosis  inversa   Primeras  experiencias  a  gran  escala  a  principios  de  la  década  pasada    >110  desaladoras  con  MF/UF;  capacidad  total  >  9.000.000  m3/d   Ashdod  (Israel):  930.000  m3/d  UF  

DESALACIÓN  

REUTILIZACIÓN  

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•  MF/UF  como    tratamiento  terciario  ó  MBR   •  Rápido  aumento  de  proyectos  de  reuWlización  desde  mediados  de  los  90   –  Legislación  para  eliminación  de  bacterias  y  virus   –  Pretratamiento  de  OI   •  Sulaibiya  -­‐  Kuwait(2004):  425.000  m3/d;  Doha-­‐Qatar  (2009):  440.000  m3/d  

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NUEVOS  DESARROLLOS  DE  MEMBRANAS  DE  FIBRA  HUECA  

IX  congreso   internacional  

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DESARROLLO  DE  MEMBRANAS  DE  MAYOR  DENSIDAD  EN  PENTAIR  X-­‐FLOW   100  Da  

RO   0.8 mm

NF  

Color/COD/FP  THM   [HFC  Color]  

1.000  Da   10.000  Da  

Eliminación  sales  en  agua  salobre   Eliminación  de  sulfatos   Dureza   Contaminantes  emergentes  

LMW  UF  

Sílice  Coloidal   [HFS  60  Silica]   Biopolímeros  /  Eliminación  TEP  

 

150.000  Da  

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UF  

[Seaflex  55i]   [Aquaflex  55,  XIGA  55]  

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DE  UF  A  UF  CERRADA  (“TIGHT  UF”)  :  HFS  

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HFS

UF | Aquaflex y Xiga

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LA  MEMBRANA  HFS   •  Comportamiento  de  membrana  “porosa”,  al  igual  que  la  UF  clásica   •  Estructura  más  densa  de  la  PES  

HFS  60  

Aquaflex  UF  

•  Corte  Molecular:  7.000  Da   •  Diámetro  de  fibra:  0,8  mm.  Módulo  de  dimensiones  compaWbles  con  el  Aquaflex  UF   •  Aplicaciones:   –  Eliminación  sílice  coloidal  (99,8%).  Agua  calderas  /turbinas   –  Pretratamiento  de  agua  de  mar.  Retención  de  TEP  

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CONTENIDO  

1.  Introducción.  Nueva  familia  de  membranas  de  fibra  hueca   2.  Membrana  HFC.  Eliminación  de  Color   3.  Ensayos  con  planta  piloto  en  Longwood  (Yorkshire,  Reino  Unido)   4.  Conclusiones    

IX  congreso   internacional  

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DESARROLLO  DE  MEMBRANAS  DE  MAYOR  DENSIDAD  EN  PENTAIR  X-­‐FLOW   100  Da  

RO   0.8 mm

NF  

Color/COD/FP  THM   [HFC  Color]  

1.000  Da   10.000  Da  

Eliminación  sales  en  agua  salobre   Eliminación  de  sulfatos   Dureza   Contaminantes  emergentes  

LMW  UF  

Sílice  Coloidal   [HFS  60  Silica]   Biopolímeros  /  Eliminación  TEP  

 

150.000  Da  

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UF  

[Seaflex  55i]   [Aquaflex  55,  XIGA  55]  

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DESARROLLO  DE  LA  MEMBRANA  HFC   PRINCIPIOS  DEL  CONCEPTO  HFC:  

CARACTERÍSTICAS  DE  LA  MEMBRANA:  

• Eliminación  de  materia  orgánica  

–  Fibra  hueca:  0,8  mm  diámetro   –  Filtración  dentro-­‐fuera   –  Dimensiones  similares  al  módulo  de  UF   –  Resistente  al  cloro   –  Corte  molecular:  1.000  Da   –  CerWficados  de  agua  potable    (NSF  Std.61,  ACS,  DWI  Reg.31)  

–  Carbono  Orgánico  Disuelto  (COD)   –  Color   • Paso  de  sales  divalentes  (dureza)  

–  Mg2+   –  Ca2+  

Diámetro externo: 1,15 mm

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Diámetro interno: 0,8 mm

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IMPORTANCIA  DE  LA  ELIMINACIÓN  DE  LA  MATERIA  ORGÁNICA  NATURAL    

Los THMs son cancerígenos y la mayoría de los países del mundo establecen límites máximos permitidos en agua potable. Tecnologías  empleadas  en  la  eliminación  de  MON:   •  Coagulación/Floculación  +  Separación  (Flotación,  Filtración  Arena,  MF/UF,  etc.)   •  Membranas  tubulares:  altos  costes  de  inversión  y  operación.  Usadas  sólo  para  pequeñas   capacidades.   •  Membranas  espirales:  menores  costes  de  inversión  y  menor  necesidad  de  espacio.  Mayor   tendencia  al  ensuciamiento  y  taponamiento.  Uso  sólo  en  aguas  relaWvamente  limpias.  

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COMPARACIÓN  ENTRE  HFC  Y  OTRAS  TECNOLOGÍAS  DE  MEMBRANA   Retrolavable   Resistencia  al  cloro   Eliminación  de  COD  sin  uso  de  coagulante   Sin  eliminación  de  sales  divalentes   Necesidades  de  Pretratamiento  

UF  +  Coag.

NF  Espiral

HFC

    

    

    

La   membrana   HFC   combina   las   ventajas   de   las   membranas   espirales   de   NF   y   las   membranas  de  fibra  hueca  de  UF  para  la  eliminación  de  Color  y  COD  de  aguas   superficiales.    

   

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CARACTERÍSTICAS  DE  LA  MEMBRANA  HFC   •  •  • 

El  comportamiento  de  la  membrana  HFC  se  asemeja  al  de  las  membranas  “no  porosas”   como  las  de  NF.   La  influencia  de  las  condiciones  de  proceso  en  la  calidad  del  permeado  diferencian  a  la   membrana  HFC  de  las  membranas  de  fibra  huecas  de  Wpo  poroso  (MF  y  UF).   El  grado  de  retención  de  la  membrana  dependerá  de:   –  CaracterísWcas  del  módulo  de  membranas:  longitud  y  diámetro  de  la  fibra.   –  Propiedades  de  la  membrana:  Ej.  SelecWvidad.   –  Parámetros  de  operación:  Flujo,  velocidad  de  recirculación  (cross-­‐flow)  y  recuperación.  

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CONTENIDO  

1.  Introducción.  Nueva  familia  de  membranas  de  fibra  hueca   2.  Membrana  HFC.  Eliminación  de  Color   3.  Ensayos  con  planta  piloto  en  Longwood  (Yorkshire,  Reino  Unido)   4.  Conclusiones    

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PILOTO  HFC:  YORKSHIRE  WATER  

Embalse  de  Longwood,Yorkshire  

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Mezcla Rápida

Floculac.

Flotación

Filtración Rápida Gravedad (RGF)

NaOCl

NaOCl

Coaglulante

PILOTO  HFC:  YORKSHIRE  WATER  

Lechos Contacto Manganeso

Tanque Contacto Cloro

Tanque Agua Final

NaOCl

Planta de Tratamiento Actual

Filtro 300 µm

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HFC

Sistema HFC

Tanque Contacto Cloro

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Tanque Agua Final

MÉTODOS  Y  MATERIALES   Analizador  TOC  –  Shimadzu  V  CPH  [COT,  COD]  

UV-­‐VIS  –  HACH  Lange  CADAS  200S  [Color,  UV254]  

Piloto  HFC  

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Potencial  Formación  THMs:  Cranfield  University   Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

2ª  Etapa:  condiciones  de  proceso,  influencia  de  parámetros  de  proceso:   • Rendimiento  de  la  filtración   • Limpieza  hidráulica   • Limpieza  química  

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Rendimiento  

1ª  Etapa:  Calidad  del  permeado   ObjeWvo  :  definir  influencia  de  los  parámetros  de  proceso     •   JF      :  5  -­‐  10  -­‐15  -­‐  20  -­‐  25      lm-­‐2h-­‐1   •   vCF    :  0.2  -­‐  0.4  -­‐  0.6  -­‐  0.8  -­‐  1.0    ms-­‐1   • Análisis  :  COT,  COD,  UV254,  Color  

Calidad  

MÉTODOS  Y  MATERIALES  

PILOTO  HFC:  YORKSHIRE  WATER   RESULTADOS  

• Retención  de  color:  aprox.  95%.   • Flujos  más  altos  resultan  en  menor  %  retención  debido  a  la  polarización  por   concentración.     • Velocidades  de  recirculación  más  altas  resultan  en  una  mayor  retención  debido  a   que  la  concentración  de  contaminantes  en  la  superficie  disminuye.    

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PILOTO  HFC:  YORKSHIRE  WATER   RESULTADOS  

Eliminación  de  materia  orgánica:   • Eliminación  de  COD,  Color  y  Turbidez  comparable   al  proceso  existente  (RGF),  que  uWliza  una  dosis  de   FeCl3  de  20  mgl-­‐1.   • Eliminación  color  ~95%   Sub-­‐productos   de  desinfección         • Potencial  de  formación  de  THMs  (THM-­‐FP)  del   permeado  de  la  membrana  HFC  ~50%  más  bajo   comparado  con  RGF  +  20  mgl-­‐1  FeCl3.     • La  fracción  del  COD  eliminada  por  la  membrana   HFC  Wene  alto  potencial  de  formación  de  THMs.  

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PILOTO  HFC:  YORKSHIRE  WATER   RESULTADOS  

Presión Transmembrana(TMP)

Turbidez

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CONTENIDO  

1.  Introducción.  Nueva  familia  de  membranas  de  fibra  hueca   2.  Membrana  HFC.  Eliminación  de  Color   3.  Ensayos  con  planta  piloto  en  Longwood  (Yorkshire,  Reino  Unido)   4.  Conclusiones    

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CONCLUSIONES   •  Las   membranas   de   MF/UF   de   fibra   hueca   se   han   converWdo   en   una   tecnología  

ampliamente  uWlizada  en  proyectos  de  potabilización,  desalación  y  reuWlización.   •  El   desarrollo   de   nuevas   tecnologías   que   permitan   el   tratamiento   de   otro   Wpo   de  

compuestos   (ej.   disruptores   endocrinos),   o   la   mejora   del   consumo   energéWco   y   de   reacWvos  químicos  de  las  tecnologías  actuales,  abre  nuevos  campos  de  actuación  para  las   membranas  de  fibra  hueca.  

•  La   NF   mediante   membranas   de   fibra   hueca   es   un   método   efecWvo   de   eliminación   de  

COD,   Color   y   precursores   de   los   THMs,   sin   necesidad   de   dosificación   de   coagulantes   o   floculantes,  y  con  gran  flexibilidad  de  operación  frente  a  variaciones  de  turbidez  del  agua   de    alimentación.  

•  El   piloto   de   Longwood   demuestra   que   la   NF   de   fibra   hueca   Wene   el   potencial   de  

converWrse  en  un  sistema  de  un  solo  paso  para  producción  de  agua  potable  a  parWr  de   agua   superficial   con   alto   contenido   en   color,   permiWendo   incluso   adaptarse   a   futuras   limitaciones  más  estrictas  en  cuanto  a  concentraciones  de  THMs.  

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AGRADECIMIENTOS  

•   Maria  Kennedy  (IHE)   •   Jan  Schippers  (IHE)   •   Jenny  Banks  (Yorkshire  Water)   •   Peter  Jarvis  (Cranfield  University)   • Grupo  I+D+i  Pentair  X-­‐Flow  

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NUEVOS  DESARROLLOS  DE  MEMBRANAS     DE  NANOFILTRACIÓN  DE  FIBRA  HUECA   NEW  DEVELOPMENTS  IN  HOLLOW  FIBER  NANOFILTRATION  

Frans Knops Frederik Spenkelink Sergi Lluch Alejandro Román Manuel Rubio

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